(57)【要約】【課題】  鉛以外の振動エネルギ吸収材料を使って鉛入りと同等以上の免震性能が得られる積層ゴム支承体の製造方法を提供する。【解決手段】  複数のゴム板１１と複数の金属板１２とを上下方向に交互に積層してなる積層体１０に、少なくとも１つの貫通孔１３を上下方向に形成し、この貫通孔１３に、非鉛金属プラグ１４を、少なくとも１００ＭＰａの圧力で挿入し、その後、非鉛金属プラグ１４を挿入した積層体１０の受圧面に少なくとも１５ＭＰａの圧力を印加した状態で、積層体１０に、複数のゴム板１１の総肉厚の２５〜２５０％の範囲でせん断ひずみを加える。非鉛金属プラグとは鉛以外の、振動エネルギを吸収しうる金属からなる丸棒であり、複数のゴム板の総肉厚とは積層体を構成する金属板とゴム板のうち、金属板を除き、全てのゴム板の肉厚を積算した合計肉厚である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のゴム板と複数の金属板とを上下方向に交互に積層してなる積層体に、少なくとも１つの貫通孔を上下方向に形成し、
前記貫通孔に、非鉛金属プラグを、少なくとも１００ＭＰａの圧力で挿入し、
その後、前記非鉛金属プラグを挿入した積層体の受圧面に少なくとも１５ＭＰａの圧力を印加した状態で、前記積層体に、前記複数のゴム板の総肉厚の２５〜２５０％の範囲でせん断ひずみを加えることを特徴とする積層ゴム支承体の製造方法。
【請求項２】
複数のゴム板と複数の金属板とを上下方向に交互に積層してなる積層体に、少なくとも１つの貫通孔を上下方向に形成し、
前記貫通孔に、非鉛金属プラグを、少なくとも１００ＭＰａの圧力で挿入し、
その後、前記非鉛金属プラグを挿入した積層体の受圧面に少なくとも２０ＭＰａの圧力を印加した状態で、前記積層体に、前記複数のゴム板の総肉厚の２５〜２５０％の範囲のせん断ひずみを加えることを特徴とする積層ゴム支承体の製造方法。
【請求項３】
複数のゴム板と複数の金属板とを上下方向に交互に積層してなる積層体に、少なくとも１つの貫通孔を上下方向に形成し、
前記貫通孔に、非鉛金属プラグを、少なくとも１００ＭＰａの圧力で挿入し、
その後、前記非鉛金属プラグを挿入した積層体の受圧面に少なくとも３０ＭＰａの圧力を印加した状態で、前記積層体に、前記複数のゴム板の総肉厚の２５〜２５０％の範囲のせん断ひずみを加えることを特徴とする積層ゴム支承体の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の積層ゴム支承体の製造方法において、
前記非鉛金属プラグを、前記貫通孔に、少なくとも２００ＭＰａの圧力で挿入することを特徴とする積層ゴム支承体の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の積層ゴム支承体の製造方法において、
前記非鉛金属プラグが錫、銅、アルミニウム、亜鉛、これらの合金から選択された少なくとも１つからなることを特徴とする積層ゴム支承体の製造方法。
【請求項６】
複数のゴム板と複数の金属板とを上下方向に交互に積層してなる積層体に、少なくとも１つの貫通孔を上下方向に形成し、
前記貫通孔に、非鉛金属プラグを、少なくとも１００ＭＰａの圧力で挿入し、
その後、前記非鉛金属プラグを挿入した積層体の受圧面に、実際の支持荷重より大きい圧力を印加した状態で、前記積層体に、前記複数のゴム板の総肉厚の２５〜２５０％の範囲のせん断ひずみを加えることを特徴とする積層ゴム支承体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の免震等に用いられる積層ゴム支承体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、建築物、土木構造物、機器等を免震するために、図１及び図２に示すような免震装置が知られている。すなわち、図１及び図２において、複数のゴム板１１と複数の鋼板１２とを交互に積層してなる積層体１０の中心に貫通孔１３を設け、この貫通孔１３に、鉛からなる丸棒、すなわち鉛プラグ１４を挿入している。この積層体１０を基礎や構造物に取付けるために、積層体１０の両端部に連結鋼板１５、１６が固設され、この連結鋼板１５、１６を介してそれぞれフランジ金具１７、１８を複数の締付ボルト１９により固定している。
【０００３】
このような鉛プラグ入りの免震装置は、建物等を安定に支持しながら地震発生時には水平方向に変形して地震エネルギを低減するという、従来の積層ゴムとダンパの両機能を併せ持っている。さらに、設置スペースを削減することができると共に、施工性も向上するという特色がある（特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特公昭６１−１７９８４号公報
【特許文献２】特開平１１−１２５３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の技術には、次のような解決すべき課題があった。
鉛プラグ入り免震装置は、有害物質である鉛を使用していることから、環境破壊の懸念が指摘されている。製造時の鉛の取扱いのみでなく、今後建物解体時に生じる鉛入り免震装置の廃棄方法等で問題が生じる惧れがあり、鉛に替わる材料の要求が高まっている。
鉛の代替材料として、幾つかの振動エネルギ吸収材料が挙げられるが、従来から鉛以外の材料を使って鉛と同等以上の減衰効果を奏するエネルギ吸収体を備えた免震装置が本格的に製造された例はない。したがって、鉛以外のエネルギ吸収材料を使った免震装置の製造方法も確立されていない。鉛プラグの場合、６０ＭＰａ程度の圧力を加えれば圧入が可能であるが、錫、アルミニウム等の、鉛以外の金属プラグでは鉛を圧入しうる圧力では充分な圧入ができない。
【０００５】
本発明は、鉛以外の振動エネルギ吸収材料を使って鉛入りと同等以上の免震性能が得られる積層ゴム支承体の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以上の点を解決するため次の構成を採用する。
〈構成１〉
複数のゴム板と複数の金属板とを上下方向に交互に積層してなる積層体に、少なくとも１つの貫通孔を上下方向に形成し、上記貫通孔に、非鉛金属プラグを、少なくとも１００ＭＰａの圧力で挿入し、その後、上記非鉛金属プラグを挿入した積層体の受圧面に少なくとも１５ＭＰａの圧力を印加した状態で、上記積層体に、上記複数のゴム板の総肉厚の２５〜２５０％の範囲でせん断ひずみを加えることを特徴とする積層ゴム支承体の製造方法。
【０００７】
非鉛金属プラグとは、鉛以外の、振動エネルギを吸収しうる金属からなる丸棒をいう。複数のゴム板の総肉厚とは、積層体を構成する金属板とゴム板のうち、金属板を除き、全てのゴム板の肉厚を積算した合計肉厚をいう。積層体にせん断ひずみを加えるには、例えば、積層体の両端部を保持した状態で、両端部を水平方向に相対的に往復動させる。積層体は傾動してせん断ひずみ、すなわち水平変位が生じる。
【０００８】
〈構成２〉
複数のゴム板と複数の金属板とを上下方向に交互に積層してなる積層体に、少なくとも１つの貫通孔を上下方向に形成し、上記貫通孔に、非鉛金属プラグを、少なくとも１００ＭＰａの圧力で挿入し、その後、上記非鉛金属プラグを挿入した積層体の受圧面に少なくとも２０ＭＰａの圧力を印加した状態で、上記積層体に、上記複数のゴム板の総肉厚の２５〜２５０％の範囲のせん断ひずみを加えることを特徴とする積層ゴム支承体の製造方法。
【０００９】
積層体に印加する圧力を構成１に比べて大きくするものである。
【００１０】
〈構成３〉
複数のゴム板と複数の金属板とを上下方向に交互に積層してなる積層体に、少なくとも１つの貫通孔を上下方向に形成し、上記貫通孔に、非鉛金属プラグを、少なくとも１００ＭＰａの圧力で挿入し、その後、上記非鉛金属プラグを挿入した積層体の受圧面に少なくとも３０ＭＰａの圧力を印加した状態で、上記積層体に、上記複数のゴム板の総肉厚の２５〜２５０％の範囲のせん断ひずみを加えることを特徴とする積層ゴム支承体の製造方法。
【００１１】
構成２に比べて積層体に印加する圧力を大きくするものである。
【００１２】
〈構成４〉
構成１ないし３のいずれかに記載の積層ゴム支承体の製造方法において、上記非鉛金属プラグを、上記貫通孔に、少なくとも２００ＭＰａの圧力で挿入することを特徴とする積層ゴム支承体の製造方法。
【００１３】
非鉛金属プラグの材料によって、貫通孔への挿入圧力がより高いことが必要な場合に対応するものである。
【００１４】
〈構成５〉
構成１ないし４のいずれかに記載の積層ゴム支承体の製造方法において、上記非鉛金属プラグが錫、銅、アルミニウム、亜鉛、これらの合金から選択された少なくとも１つからなることを特徴とする積層ゴム支承体の製造方法。
【００１５】
非鉛金属プラグとして、振動エネルギを効率良く吸収しうる、鉛以外の金属が用いられる。
【００１６】
〈構成６〉
複数のゴム板と複数の金属板とを上下方向に交互に積層してなる積層体に、少なくとも１つの貫通孔を上下方向に形成し、上記貫通孔に、非鉛金属プラグを、少なくとも１００ＭＰａの圧力で挿入し、その後、上記非鉛金属プラグを挿入した積層体の受圧面に、実際の支持荷重より大きい圧力を印加した状態で、上記積層体に、上記複数のゴム板の総肉厚の２５〜２５０％の範囲のせん断ひずみを加えることを特徴とする積層ゴム支承体の製造方法。
【００１７】
構成６の方法は、積層ゴム支承体を実際に使用する状況が正確に判明している場合に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を具体例を用いて説明する。
【実施例１】
【００１９】
この実施例では、図１、図２に示した構造の積層ゴム支承体を使用している。このような積層ゴム支承体を製作するために、次の工程を実施する。先ず、複数のゴム板１１と複数の金属板１２とを上下方向に交互に積層し、上下方向に貫通孔１３を有する積層体１０を形成する。この積層体の貫通孔１３に、鉛以外の金属プラグ（非鉛金属プラグ）、例えば、錫プラグ（錫からなる丸棒）１４を、少なくとも１００ＭＰａの圧力で挿入する。その後、錫プラグ１４を挿入した積層体１０の受圧面に、少なくとも１５ＭＰａの圧力を印加した状態で、積層体１０に、ゴム総肉厚の２５〜２５０％の範囲のせん断ひずみを加えることにより、最終的な積層ゴム支承体を製造するものである。
【００２０】
非鉛金属プラグ１４としては、錫、銅、アルミニウム、亜鉛、これらの合金、すなわち錫合金、銅合金、アルミニウム合金、亜鉛合金のいずれかからなる丸棒が使用され、貫通孔１３の内径より若干大きな外径を有している。したがって、非鉛金属プラグ１４は、少なくとも１００ＭＰａの圧力で貫通孔１３内に圧入され、径方向に膨張して貫通孔の内壁に密着される。
【００２１】
ゴム総肉厚とは、金属板１２を除き、全てのゴム板１１の肉厚を積算した合計肉厚をいう。積層体の両端に相対的なせん断力を加えることにより、積層体にせん断ひずみ、すなわち水平変位が生じる。
【００２２】
本発明においては、金属プラグの金属材料によって積層体の貫通孔１３に挿入する圧力を２００ＭＰａ以上としたり、ゴム総肉厚の２５〜２５０％の範囲のせん断ひずみを加える際に積層体１０の受圧面に、２０ＭＰａ以上の圧力を印加した状態とすることもある。
【００２３】
〔検討〕
ここで、本発明者等は、鉛プラグの代替材料として、錫プラグについて適切な性能が得られる製造条件を検討したので、その説明をする。
【００２４】
〔試験体の構成〕
試験体として、図１、図２と同様の構成の積層ゴム支承体を下記条件で製作した。
下記条件のゴム板１１を３３枚、金属板１２を３２枚使って中心に貫通孔１３を有する積層体１０を複数製作した。
貫通孔１３に、純度９９．９％の錫からなる錫プラグを２００ＭＰａで圧入してなる錫プラグ入り積層体と、貫通孔１３に、純度９９．９９％の鉛からなる鉛プラグを６０ＭＰａで圧入してなる鉛プラグ入り積層体の２種類を製作した。
【００２５】
これらの各積層体の両端部に、常法によりそれぞれ連結鋼板１５、１６を固設し、この連結鋼板１５、１６に、上下のフランジ金具１７、１８をそれぞれ配置し複数の締付ボルト１９により固定してほぼ同じ大きさの錫プラグ入り積層ゴム支承体と鉛プラグ入り積層ゴム支承体とを製作した。
【００２６】
なお、上記積層体のゴム板１１としては、せん断弾性率０．４４Ｎ／ｍｍ2の天然ゴムにより、外径５００ｍｍ、内径１００ｍｍ、肉厚３．７５ｍｍの円環状に形成したものを使用した。金属板１２としては、鋼板により、外径５１０ｍｍ、内径１００ｍｍ、肉厚３．２ｍｍの円環状に形成されたものを使用した。連結鋼板１５、１６は、外径５２０ｍｍ、肉厚１６ｍｍの円環状をなすものであり、上下のフランジ金具１７、１８は、外径８００ｍｍ、肉厚３０ｍｍの円板である。積層ゴム支承体の高さは、約３１０ｍｍである。
【００２７】
〔試験体への加力〕
上記２種類の各試験体に各種条件で加力し、下記（１）〜（９）の試験を行い、それぞれの荷重・変位の関係を調べた。
なお、試験条件において、例えば、ゴム板の総肉厚の±２５％のせん断ひずみを加えるために、積層体の両端部を保持した状態で、積層体を構成する金属板とゴム板のうち、金属板を除いた、全てのゴム板の肉厚を合計した総肉厚の２５％のストロークで、両端部にせん断力を加えて水平方向に相対的に往復動させるものとした。他のストロークでせん断ひずみを加える場合もこれに準じている。積層ゴム支承体の受圧面に１０ＭＰａの鉛直荷重を加えた状態とは、実際の使用時の建築物等の支持荷重より若干大きい圧力を印加した状態を想定している。
【００２８】
（１）上記錫プラグ入り積層ゴム支承体に、その両端部の受圧面に１０ＭＰａの鉛直荷重を加えた状態で、せん断力を加えてゴム板の総肉厚の±２５％のせん断ひずみを生じさせた。これを４サイクル実施した。このときの荷重・変位の関係を図３に示す。
【００２９】
（２）同様に錫プラグ入り積層ゴム支承体に、その両端部の受圧面に１０ＭＰａの鉛直荷重を加えた状態で、せん断力を加えてゴム板の総肉厚の±５０％のせん断ひずみを生じさせた。これを４サイクル実施した。このときの荷重・変位の関係を図４に示す。
【００３０】
（３）同様に錫プラグ入り積層ゴム支承体に、その両端部の受圧面に１０ＭＰａの鉛直荷重を加えた状態で、せん断力を加えてゴム板の総肉厚の±１００％のせん断ひずみを生じさせた。これを４サイクル実施した。このときの荷重・変位の関係を図５に示す。
【００３１】
（４）同様に錫プラグ入り積層ゴム支承体に、その両端部の受圧面に１０ＭＰａの鉛直荷重を加えた状態で、せん断力を加えてゴム板の総肉厚の±１５０％のせん断ひずみを生じさせた。これを４サイクル実施した。このときの荷重・変位の関係を図６に示す。
【００３２】
（５）同様に錫プラグ入り積層ゴム支承体に、その両端部の受圧面に１０ＭＰａの鉛直荷重を加えた状態で、せん断力を加えてゴム板の総肉厚の±２００％のせん断ひずみを生じさせた。これを４サイクル実施した。このときの荷重・変位の関係を図７に示す。
【００３３】
（６）同様に錫プラグ入り積層ゴム支承体に、その両端部の受圧面に１０ＭＰａの鉛直荷重を加えた状態で、せん断力を加えてゴム板の総肉厚の±２５０％のせん断ひずみを生じさせた。これを４サイクル実施した。このときの荷重・変位の関係を図８に示す。
【００３４】
（７）錫プラグ入り積層ゴム支承体に、その両端部の受圧面に２０ＭＰａの鉛直荷重を加えた状態で、せん断力を加えてゴム板の総肉厚の±１００％のせん断ひずみを生じさせた。これを４サイクル実施した。このときの荷重・変位の関係を図９に示す。
【００３５】
（８）上記（７）の加力を実施した錫プラグ入り積層ゴム支承体を試験体として、再度次の条件で試験した。すなわち、この試験体に、その両端部の受圧面に１０ＭＰａの鉛直荷重を加えた状態で、せん断力を加えてゴム板の総肉厚の±１００％のせん断ひずみを生じさせた。これを４サイクル実施した。このときの荷重・変位の関係を図１０に示す。
【００３６】
（９）参考例として、鉛プラグ入り積層ゴム支承体に、その両端部の受圧面に１０ＭＰａの鉛直荷重を加えた状態で、せん断力を加えてゴム板の総肉厚の±１００％のせん断ひずみを生じさせた。これを４サイクル実施した。このときの荷重・変位の関係を図１１に示す。
【００３７】
〔各試験の考察〕
図４〜図８に示される荷重・変位関係は、変位ゼロ点付近の荷重が低下した形状を示している。図３、図９、図１０、図１１に示される荷重・変位関係は、変位ゼロ点付近でも荷重が低下せず、直線状の形状を示している。荷重・変位関係が変位ゼロ点付近でも荷重が低下せず、直線状の形状を示すということは、安定した免震特性を備えていることと考えられる。
【００３８】
上記（１）〜（６）の試験により、積層ゴム支承体の受圧面に、従来から使用されている鉛プラグ入り積層ゴム支承体と同程度の１０ＭＰａの鉛直荷重を加えた状態では、せん断ひずみの大きさを変えても免震特性が安定しないことが分る。
上記（７）、（８）の試験により、錫プラグ挿入後に２０ＭＰａ相当の鉛直荷重を加えた状態でせん断力を加えたことで、荷重・変位関係が変位ゼロ付近においても荷重が低下することのない安定した形状を示すことが分る。すなわち、錫プラグ入り積層ゴム支承体に、その両端部の受圧面に１０ＭＰａの鉛直荷重を加えた状態では、せん断力を加えても殆ど影響がなく、変位ゼロ点付近の荷重の低下が生じているのに対し、２０ＭＰａの鉛直荷重を加えた状態で、所定のせん断力を加えることによって、上記（９）の試験で図１１に示されるような鉛プラグ入り積層ゴム支承体の免震特性と同等の良好な免震特性を有する積層ゴム支承体が得られることが分る。また、上記（８）の試験により、一旦所定の鉛直荷重を加えた状態でせん断力を加えることによって、後に鉛直荷重を減らした状態においても良好な免震特性を有することが分かる。
【００３９】
以上のことから、鉛プラグの変わりに錫プラグを使用した積層ゴム支承体を製作するには、従来の製造方法とは異なる製造条件が必要であることが明らかである。同様に、鉛より弾性率、引張力の大きな銅、アルミニウム、亜鉛についても、本発明の製造条件を適用することにより安定した免震性能を有する積層ゴム支承体を製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】積層ゴム支承体を示す縦断面図である。
【図２】積層ゴム支承体を示す斜視図である。
【図３】錫プラグ入り積層ゴム支承体に１０ＭＰａ加圧、±２５％のせん断ひずみを付与したときの荷重・変位関係を示す特性図である。
【図４】錫プラグ入り積層ゴム支承体に１０ＭＰａ加圧、±５０％のせん断ひずみを付与したときの荷重・変位関係を示す特性図である。
【図５】錫プラグ入り積層ゴム支承体に１０ＭＰａ加圧、±１００％のせん断ひずみを付与したときの荷重・変位関係を示す特性図である。
【図６】錫プラグ入り積層ゴム支承体に１０ＭＰａ加圧、±１５０％のせん断ひずみを付与したときの荷重・変位関係を示す特性図である。
【図７】錫プラグ入り積層ゴム支承体に１０ＭＰａ加圧、±２００％のせん断ひずみを付与したときの荷重・変位関係を示す特性図である。
【図８】錫プラグ入り積層ゴム支承体に１０ＭＰａ加圧、±２５０％のせん断ひずみを付与したときの荷重・変位関係を示す特性図である。
【図９】錫プラグ入り積層ゴム支承体に２０ＭＰａ加圧、±１００％のせん断ひずみを付与したときの荷重・変位関係を示す特性図である。
【図１０】錫プラグ入り積層ゴム支承体に２０ＭＰａ加圧後に１０ＭＰａ加圧、±１００％のせん断ひずみを付与したときの荷重・変位関係を示す特性図である。
【図１１】鉛プラグ入り積層ゴム支承体に１０ＭＰａ加圧、±１００％のせん断ひずみを付与したときの荷重・変位関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  積層体
１１  ゴム板
１２  金属板
１３  貫通孔
１４  金属プラグ
１７、１８  フランジ金具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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